组织光透明结合光学成像获取周围神经系统整体三维结构: 从终末效应器、神经干到脊髓

Repair of peripheral nerve injury is a worldwide problem. The conventional means cannot access three-dimensional structure of peripheral nervous system in the integral level. The information is too incomplete to provide sufficient scientific basis for making repair scheme, which limits the efficacy. Here, we propose to develop optical clearing methods of the peripheral nervous system which is compatible with labelling dyes, to establish an imaging method for the integral structure of peripheral nervous system, including the terminal effector, neural trunk and spinal cord. Based on the above investigation, the whole structure and microstructure with high resolution investigate for the intact or peripheral nervous system injury of mice. The process of injury and repair will be investigated to explore the regeneration of peripheral nerve fiber and the adaptations of integral structure. And then the structure basis of function of peripheral nervous system will be clarified. The research achievement of this project will deepen the understanding of the physiological function and regeneration mechanisms of peripheral nervous system from the point of the structure. It is essential to determine the donor nerve, nerve repair therapy, reconstruction scheme. Therefore, this work has scientific significance and clinical value.

周围神经损伤修复是世界性难题，传统手段无法在整体层面获得周围神经系统三维结构信息，数据的不完整难以为修复治疗方案提供充足的科学依据，致使治疗效果有限。本项目提出发展针对周围神经系统的有效、且与标记方法兼容的光透明方法，建立一套从终末效应器、神经干到脊髓的整体成像方法；针对周围神经系统在正常及损伤修复过程开展研究，多尺度获取周围神经系统整体与精细结构信息；探究其在损伤修复过程中神经纤维再生与整体结构适应性变化，结合相应神经的生理功能及不同成份与功能区划的神经分布，阐释周围神经系统功能的结构基础。本项目的研究成果有望从结构的角度加深对周围神经系统生理功能以及再生修复机制的理解，这对周围神经损伤中供区神经的选取、神经修复方法、重建方案的制定至关重要，因而具有重要的科学意义和潜在的临床价值。

周围神经系统是中枢与终末效应器间信息指令上传下达的重要器官。脊髓、神经干及终末效应器三者之间存在明确定位、投射与支配关系、并形成一种动态平衡，这种平衡会因周围神经损伤而打破。周围神经损伤临床常见，但修复后功能完全恢复率却很低，这是因为周围神经损伤修复与功能重建是整个系统的重塑，而传统组织切片技术不可避免地导致部分结构信息的丢失，使得对周围神经系统结构与功能的理解处于节段化或碎片化状态。.本项目的研究正是围绕以上问题而展开的，旨在发展一种新的技术实施大组织器官的整体成像，为获取从终末效应器、神经干到脊髓的高分辨三维结构信息提供重要手段。主要的研究内容与结果如下：.1. 建立整体标记技术：选取Thy1-YFP-16转基因小鼠，EYFP荧光在运动神经元高表达，从而反映肌肉内运动神经纤维的走向；同时通过在体注射荧光标记的α-银环蛇毒素（α-BTX），使之与运动终板后膜上的乙酰胆碱受体结合，从而实现对运动终板快速、高效的整体标记。.2. 发展组织光透明技术：发展一种基于有机溶剂的新型组织光透明方法（FDISCO），成功克服该类方法对荧光蛋白的严重衰减、且能长期保存；发展一种对多染料标记兼容的水溶性光透明方法（RTF）。为实施大组织器官高分辨的整体成像提供有效手段。.3. 完整结构信息的获取与分析：将标记兼容的组织光透明与光片显微成像技术结合，获取正常及损伤修复过程中周围神经系统整体与精细结构信息；探究其在损伤修复过程中神经纤维再生与整体结构适应性变化，结合相应神经的生理功能及不同成份与功能区划的神经分布，阐释周围神经系统功能的结构基础，首次发现不同骨骼肌运动终板的片层结构，提出肌内神经-运动终板片层-肌纤维构成肌肉收缩功能单元。.相关研究发表在Science Advances、Theranostics等国际重要期刊上，共计17篇；申请与授权国家发明专利各2项，其中2项完成挂牌转让。本项目的研究成果不仅能为骨骼肌及周围神经损伤修复方法的评估提供重要参考，未来将有望应于临床病理检测。